KR100278052B1 - Gravity directing diaphragm Deflection type pressure measuring device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 약 0-1000 밀리토르 범위에서, 특히 0-10 밀리토르의 범위에서 유체압력을 정확히 검출하기 위한 압력측정 및 교정장치와, 이러한 장치를 이용하여 외부 압력 측정장치를 교정하는 방법을 제공한다. 장치는 편향가능한 다이아프램(14)과 감지전극(15)을 갖는 압력감지 조립체(12)를 이용한다. 이 조립체는 국부중력 가속도의 방향에 대하여 사전에 선택된 각도를 통해 국부중력 가속도의 방향에 수직인 축선(17)을 중심으로 하여 회전된다. 장치는 어느 주어진 각도배향에서 다이아프램(14)의 중력가속도에 의한 다이아프램(14)의 편향을 나타내는 출력신호를 발생한다. 그리고 이 장치는 다이아프램에 작용하는 중력에 의한 편향을 제거하기 위하여 충분한 압력으로 다이아프램에 대하여 유체유동을 제어가능하게 안내한다.The present invention provides a pressure measuring and calibrating device for accurately detecting fluid pressure in the range of about 0-1000 milliTorr, in particular in the range of 0-10 milliTorr, and a method of calibrating an external pressure measuring device using such a device do. The device utilizes a pressure sensing assembly 12 having a deflectable diaphragm 14 and a sensing electrode 15. This assembly is rotated about an axis 17 perpendicular to the direction of local gravitational acceleration through a preselected angle with respect to the direction of the local gravitational acceleration. The device produces an output signal indicative of the diaphragm 14 deflection by the gravitational acceleration of the diaphragm 14 at any given angular orientation. The device then controlslably direct fluid flow to the diaphragm with sufficient pressure to eliminate gravity deflection acting on the diaphragm.
Description
본 발명을 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.The present invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
제1도는 본 발명에 따라 압력측정 및 교정장치의 개략 구성도.FIG. 1 is a schematic block diagram of a pressure measurement and calibration apparatus according to the present invention. FIG.
제2a도와 제2b도는 본 발명 압력 감지기 조립체의 두 실시형태를 보인 개략단면도.Figures 2a and 2b are schematic cross-sectional views of two embodiments of a pressure sensor assembly of the present invention.
제2c도는 본 발명의 압력감지기 조립체의 제3실시형태를 보인 개략단면도.Figure 2c is a schematic cross-sectional view of a third embodiment of the pressure sensor assembly of the present invention.
제3도는 회전각도의 점진적인 변화와 이에 일치하는 다이아프램의 압력을 함께 보인 다이아프램의 편향을 설명하는 설명도.FIG. 3 is an explanatory view illustrating the gradual change of the rotation angle and the deflection of the diaphragm together with the pressure of the corresponding diaphragm. FIG.
제4도는 본 발명의 장치를 이용하여 외부압력 측정장치의 교정단계를 순서적으로 설명하는 흐름도.FIG. 4 is a flow chart illustrating the calibration steps of the external pressure measuring device in an orderly manner using the apparatus of the present invention. FIG.
본 발명은 0-1000 밀리토르 범위의 유체압력을 측정하기 위한 장치에 관한 것으로, 특히 약 0-10 밀리토르 범위의 기체압력을 측정하기 위한 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for measuring fluid pressures in the range of 0-1000 milliTorr, and more particularly to an apparatus for measuring gas pressure in the range of about 0-10 milliTorr.
1000 밀리토르 이하, 특히 약 0-10 밀리토르 범위의 유체압력을 측정하고 교정하기 위한 장치가 필요하다. 또한 이러한 압력범위에서 유체압력에 대한 기본압력표준이 필요하다. 본문에 사용된 "제로 밀리토르"라는 용어는 약 10-6토르 이하의 낮은 압력을 의미한다.There is a need for an apparatus for measuring and calibrating fluid pressures in the range of less than 1000 milliTorr, especially in the range of about 0-10 milliTorr. In addition, a basic pressure standard for fluid pressure in these pressure ranges is required. As used herein, the term " zero millitor " means a low pressure of about 10 < -6 > Torr or less.
비교적 낮은 압력에서 유체압력 측정을 위한 장치가 알려져 있다. 예를들어 데드-웨이트 테스터(dead-weight testers)는 피스턴의 가변중량의 상하의 압력차를 발생하고 한 쌍의 비교적 작은 차동압력을 발생할 수 있게 되어 있다. 액체 마노메타는 액체의 밀도와 증기압력에 기초하여 튜우브나 컬럼내 액체의 높이의 차이로서 압력차이를 나타낸다. 체적팽창 장치는 알려진 높은 압력에서 고정된 압축형 유체의 팽창을 제어하므로서 압력차이를 나타낸다.Devices for measuring fluid pressure at relatively low pressures are known. Dead-weight testers, for example, are able to generate differential pressures in the top and bottom of the variable weight of the piston and generate a pair of relatively small differential pressures. The liquid agometa shows the pressure difference as the difference in height of the liquid in the tube or column based on the density of the liquid and the vapor pressure. Volumetric expansion devices exhibit pressure differences by controlling the expansion of a fixed compression fluid at known high pressures.
그러나 이들 장치는 0-10 밀리토르 범위의 유체압력을 측정하기에 적합치 아니하거나 이러한 유체압력의 범위에 대한 기본압력표준을 제공하지도 아니한다. 압력이 측정될 수 있는 정확성은 100 밀리토르 이하고 크게 제한된다. 더욱이, 이들 장치는 전형적으로 차동압력만을 측정하여 절대압력은 측정하지 못한다. 액체 마노메타의 사용에 대하여 밀도와 증기압력과 같은 사용된 액체의 특성은 온도에 따라서 변화하여 측정값이 신뢰가능하지 못하다. 또한 약 100 밀리토르 이하의 압력에서는 액체컬럼의 높이를 정밀하게 측정하는 것이 매우 어렵다. 더욱이, 팽창유체는 체적이 너무 작은 경우 체적측정이 어렵다. 액체 마노메타와 체적 팽창장치에 대하여, 유체용기 또는 챔버의 벽에 유체분자가 흡수되는 유체분자 흡수현상은 1토르 이하의 압력에서는 그 영향이 클 수 있다. 유체의 오염은 이러한 범위의 압력측정에 큰 영향을 주는 다른 요인이 될 수 있다. 끝으로, 이들 장치를 이용하는 측정의 불확실성은 비교적 커서 이들이 이러한 압력범위에서 정확하고 신뢰가능한 측정이 이루어질 수 있도록 하지 못하므로 이러한 장치의 사용이 제한된다.However, these devices are not suitable for measuring fluid pressures in the range of 0-10 milliTorr or do not provide a base pressure standard for such a range of fluid pressures. The accuracy with which the pressure can be measured is limited to less than 100 milliTorr. Moreover, these devices typically measure only the differential pressure and therefore can not measure the absolute pressure. With respect to the use of liquid agnomata, the properties of the liquid used, such as density and vapor pressure, vary with temperature and the measured values are not reliable. It is also very difficult to precisely measure the height of the liquid column at pressures below about 100 milliTorr. Moreover, the volumetric measurement is difficult when the volume of the inflation fluid is too small. For fluid agnometa and volumetric expansion devices, fluid molecule absorption phenomena, where fluid molecules are absorbed into the walls of a fluid container or chamber, can have a large impact at pressures below 1 Torr. Fluid contamination can be another factor that has a large impact on this range of pressure measurements. Finally, the uncertainty of the measurements using these devices is relatively large and their use is limited because they can not make accurate and reliable measurements in these pressure ranges.
따라서, 본 발명의 목적은 약 0-1000 밀리토르의 범위에서 기체압력의 교정을 위한 기본압력표준을 제공하는데 있다.It is therefore an object of the present invention to provide a basic pressure standard for the calibration of gas pressures in the range of about 0-1000 milliTorr.
본 발명의 다른 목적은 약 0-1000 밀리토르 범위의 기체압력을 측정하고 다른 압력측정기구를 교정하기 위한 알려진 압력을 발생하도록 사용될 수 있는 압력측정 및 교정장치를 제공하는데 있다.It is another object of the present invention to provide a pressure measurement and calibration apparatus that can be used to measure gas pressures in the range of about 0-1000 milliTorr and to generate known pressures for calibrating other pressure measurement instruments.
본 발명의 다른 목적은 차동압력과 절대압력 모두를 측정할 수 있는 기체압력측정장치를 제공하는데 있다.It is another object of the present invention to provide a gas pressure measuring device capable of measuring both differential pressure and absolute pressure.
본 발명의 또 다른 목적은 불확실성이 약 0-1% 이하인 0-1000 밀리토르 범위의 기체압력을 측정하는 압력측정장치를 제공하는데 있다.It is another object of the present invention to provide a pressure measuring device for measuring gas pressure in the range of 0-1000 millitorr with an uncertainty of about 0-1% or less.
본 발명의 또 다른 목적은 기체의 오염을 최소화하기 위하여 기체가 노출되지 아니하는 압력측정장치를 제공하는데 있다.It is still another object of the present invention to provide a pressure measuring device in which gas is not exposed in order to minimize contamination of gas.
본 발명의 또 다른 목적은 자동화가 비교적 간단한 압력측정장치를 제공하는 데 있다.It is another object of the present invention to provide a pressure measuring apparatus which is relatively simple in automation.
본 발명의 또 다른 목적은 약 0-1000 밀리토르 범위의 기체압력을 측정하고 교정하는 방법을 제공하는데 있다.It is a further object of the present invention to provide a method of measuring and calibrating gas pressure in the range of about 0-1000 milliTorr.
본문에 사용된 "다이아프램"이라는 용어는 그 주영역 또는 면에 작용하는 국부적인 중력에 응답하여 굽혀지거나 그 밖에 편향될 수 있는 박막, 디스크, 격벽 또는 기타 다른 장치를 의미한다.The term " diaphragm " as used herein refers to a thin film, disk, partition, or other device that can be bent or otherwise deflected in response to local gravity acting on its primary region or surface.
유용한 압력표준을 얻기 위하여 측정되는 압력의 불확실성에 영향을 주는 모든 요인을 식별하고 측정된 값에 대한 이들 요인의 효과를 최소화하여 요구된 불확실성 범위 또는 허용범위 내에 있는 측정값을 제공하는 것이 필요하다. 이러한 요인들인 측정된 파라메타(즉, 다이아프램의 표면적 밀도 σ, 중력가속도 g에 의한 힘과, 국부중력 가속도의 방향에 대한 다이아프램의 각도 θ)와 같은 1차 요인과, 진동에 의하여 유도된 잡음, 압력 제어가능성, 온도기울기와 출력신호의 불안정성과 같은 여러가지 2차 요인을 포함한다. 또한 미국의 국립표준기술연구소(NIST:National Institute of Standards and Technogy)에서 제정된 기본압력표준과 같은 알려진 기본압력표준에 대하여 상기 측정된 파라메타를 추적하는 것이 필요하다.In order to obtain a useful pressure standard it is necessary to identify all factors that affect the uncertainty of the pressure being measured and to minimize the effect of these factors on the measured values to provide the measured values within the required uncertainty range or tolerance. These factors include the primary factors such as the measured parameters (ie, the diaphragm surface area density σ, the force due to the gravitational acceleration g and the angle θ of the diaphragm relative to the direction of local gravitational acceleration) and the noise induced by the vibration , Pressure control possibilities, temperature slope and instability of the output signal. It is also necessary to track the measured parameters against a known basic pressure standard, such as the basic pressure standard established by the National Institute of Standards and Technology (NIST) of the United States.
중력에 의하여 다이아프렘에 가하여지는 압력은 국부적인 중력가속도에 비례하며 P=σ gsinθ로 표현된다. 이 등식에서, σ는 다이아프램 물질(전형적으로 포일)의 표면적 밀도이고, g는 어떠한 대상체의 중력가속도이며, θ는 다이아프램의 평면과 중력가속도의 방향 사이의 각도이다. 본 발명의 장치에서, 다이아프램은 이를 중력가속도의 방향에 평행한 기준평면 즉 수직방향으로 배치하고 이에 작용하는 중력의 여하에 따라 다이아프램의 편향정도를 나타내는 신호를 기록함으로서 초기에 "제로화"된다. 국부적인 중력가속도의 방향에 대한 다이아프램의 각도방위의 변화는 다이아프램과 중력가속도의 방향 사이의 각도의 싸인(sin) 값에 비례하는 양만큼 다이아프램에 가하여지는 중력을 받아 나타나는 압력을 변화시킨다. 중력에 의한 다이아프램의 편향정도는 다이아프램에 결합된 감지전극조립체에 의하여 발생되는 신호로 나타낸다. 편향방향의 반대방향으로 다이아프램에 작용하는 유체에 의하여 편향신호를 제로값으로 복귀시키는 것은 상기 등식으로부터 매우 정확하게 결정될 수 있는 압력 Px를 얻을 수 있도록 한다.The pressure applied to the diaphragm by gravity is proportional to the local gravitational acceleration and is expressed as P = σ gsinθ. In this equation, σ is the surface area density of the diaphragm material (typically a foil), g is the gravitational acceleration of any object, and θ is the angle between the plane of the diaphragm and the direction of gravitational acceleration. In the apparatus of the present invention, the diaphragm is initially " zeroed " by locating it in a reference plane parallel to the direction of gravitational acceleration, i.e., in the vertical direction, and recording a signal indicative of the degree of deflection of the diaphragm depending on the gravity acting thereon . The change in the angular orientation of the diaphragm relative to the direction of the local gravitational acceleration changes the pressure exerted by the gravity applied to the diaphragm by an amount proportional to the sine of the angle between the diaphragm and the direction of gravitational acceleration . The degree of deflection of the diaphragm by gravity is represented by the signal generated by the sensing electrode assembly coupled to the diaphragm. Returning the deflection signal to the zero value by the fluid acting on the diaphragm in the direction opposite to the deflection direction makes it possible to obtain a pressure P x that can be determined very accurately from the above equation.
본 발명의 한 관점에 따라서, 본 발명의 상기 목적들과 다른 목적들이 편향 가능한 다이아프램을 포함하는 압력감지조립체와, 다이아프램의 편향을 검출하고 이러한 편향량을 나타내는 신호를 발생하기 위한 수단으로 구성되는 압력측정 및 교정장치에 의하여 성취된다. 또한 이 장치는 국부적인 중력가속도의 방향에 수직인 기준축선을 중심으로 하여 다이아프램을 제어가능하게 회전시키기 위한 수단을 포함하며 이로써 다이아프램은 이에 가하여지는 중력가속도에 응답하여 편향될 수 있으며, 편향량은 다이아프램의 평면과 중력가속도의 방향 사이의 각도에 따라 변화한다. 중력가속도에 응답하여 편향가능한 다이아프램은 기준축선을 중심으로 하여 사전에 결정된 회전위치로 회전되며 다이아프램과 중력가속도의 방향 사이의 각도에 싸인값에 비례하는 편향량을 보인다. 또한 장치는 다이아프램의 중력유도편향을 제거하기 위하여 편향의 방향에 대향된 방향으로 다이아프램에 대하여 유체유동을 제거하기 위하여 편향의 방향에 반대인 방향으로 다이아프램에 대하여 유체유동을 제어가능하게 안내하기 위한 요소를 포함한다. 각각 기본압력표준에 대하여 추적가능하게 정확히 측정될 수 있는 다이아프램의 표면적 밀도, 국부적인 중력가속도와, 중력가속도의 방향에 대한 다이아프램의 각도가 주어지는 경우, 어느 회전각도 위치에서 다이아프램의 편향을 제거하는데 요구되는 유체유동 압력 Px가 상기 등식으로부터 계산될 수 있다. 이와같이 측정된 압력은 그 자체로서 기본압력표준에 대하여 추적가능하며 1-1000 밀리토르의 압력 범위에서 현재 이용되고 있는 어떠한 압력표준보다 정밀한 것으로 믿어진다.According to one aspect of the present invention there is provided a pressure sensing assembly comprising: a pressure sensing assembly comprising a deflectable diaphragm; and means for detecting a deflection of the diaphragm and generating a signal indicative of such deflection, Pressure measuring and calibrating device. The apparatus also includes means for controllably rotating the diaphragm about a reference axis perpendicular to the direction of the local gravitational acceleration whereby the diaphragm can be deflected in response to the gravitational acceleration applied thereto, The amount varies with the angle between the plane of the diaphragm and the direction of gravitational acceleration. In response to gravitational acceleration, the deflectable diaphragm is rotated to a predetermined rotational position about the reference axis and exhibits a bias amount proportional to the angle between the angle of the diaphragm and the direction of gravitational acceleration. The apparatus also includes a controllably guide fluid flow relative to the diaphragm in a direction opposite to the direction of deflection to remove fluid flow relative to the diaphragm in a direction opposite to the direction of deflection to eliminate gravity induced deflection of the diaphragm ≪ / RTI > Given the surface area density of the diaphragm, the local gravitational acceleration, and the angle of the diaphragm relative to the direction of the gravitational acceleration, which can each be accurately and traceable to the basic pressure standard, the deflection of the diaphragm at any rotational angular position The fluid flow pressure P x required to remove can be calculated from the above equation. The pressure thus measured is itself traceable to the basic pressure standard and is believed to be more accurate than any pressure standard currently in use in the pressure range of 1-1000 milliTorr.
본 발명의 한 관점에서, 압력감지조립체는 표준용량형 마노메타로 구성된다. 본 발명의 새로운 관점이라고 믿게되는 점에서, 용량형 마노메타는 압력측정장치로서 통상적으로 사용되지 아니한다. 본 발명에서, 그 기능은 편향가능한 다이아프램을 고정하고 다이아프램의 편향량에 비례하는 신호를 발생하는 것이다. 이와 같이, 압력감지기 자체로서의 그 정확성은 장치의 정확성에 제약이 되지 아니한다. 이러한 본 발명의 관점은 이후 도면을 참조한 상세한 설명에서 보다 충분히 언급될 것이다.In one aspect of the invention, the pressure sensing assembly is comprised of a standard capacity metronome. In view of what is believed to be a new aspect of the present invention, the capacitive manometer is not typically used as a pressure measuring device. In the present invention, the function is to fix a deflectable diaphragm and generate a signal proportional to the deflection of the diaphragm. As such, the accuracy of the pressure sensor itself is not limited by the accuracy of the device. This aspect of the present invention will be more fully described in the following detailed description with reference to the drawings.
본 발명의 한 실시형태에서, 다이아프램은 금속포일로 구성된다. 다른 실시형태에서, 다이아프램은 탄성스프링요소가 결합된 솔리드 피스턴으로 구성된다. 이 들 실시형태의 다이아프램은 중력에 응답하여 편향될 수 있다.In one embodiment of the invention, the diaphragm is comprised of a metal foil. In another embodiment, the diaphragm consists of a solid piston with an elastic spring element coupled thereto. The diaphragms of these embodiments may be biased in response to gravity.
본 발명의 다른 관점에서, 유체유동안내요소는 분배매니폴드에 결합된 유체 소오스로 구성된다. 우선 실시형태에서, 등압결합요소가 유체연결방식으로 분배 매니폴드를 적어도 하나의 외부시험장치(device under test), 즉 DUT에 연결하므로서 다이아프램과 DUT가 동일한 유체압력하에 놓이도록 하여 DUT의 교정이 이루어지도록 한다.In another aspect of the invention, the fluid flow guide element is comprised of a fluid source coupled to a distribution manifold. In the preferred embodiment, the isobaric coupling element is connected in fluid connection to the distribution manifold to at least one device under test, or DUT, so that the diaphragm and the DUT are under the same fluid pressure, .
다른 관점에서, 회전요소는 기준축선을 중심으로 하여 적어도 90°의 증분회전을 통해 다이아프램을 회전시킬 수 있는 회전장치로 구성된다. 우선 실시형태에서 회전장치는 모우터, 좋기로는 스텝퍼 모우터로 구동되는 회전테이블이다.In another aspect, the rotating element comprises a rotating device capable of rotating the diaphragm through incremental rotation of at least 90 degrees about a reference axis. In the first embodiment, the rotating device is a rotating table driven by a motor, preferably a stepper motor.
본 발명의 다른 관점에 따라서, 약 0-10 밀리토르 사이의 압력범위에서 외부 압력측정장치를 교정하는 방법이 제공된다. 상기 언급된 압력측정장치를 이용하여, 다이아프램이 먼저 기준평면, 좋기로는 수직평면에 배치된다. 중력가속도에 의한 기준방향에서 다이아프램의 편향량을 나타내는 기준출력신호를 얻을 수 있다. 그리고, 다이아프램은 그 새로운 회전각도 방향에서 다이아프램의 일치하는 중력 유도 편향이 이루어지도록 기준평면에 대한 제1회전각도 방향으로 다이아프램에 작용하는 중력가속도의 방향에 수직인 축선을 중심으로 하여 사전에 선택된 각도를 통하여 점진적으로 회전된다. 제1각도에서 중력에 의한 다이아프램의 새로운 편향이 검출되고 이러한 편향량을 나타내는 출력신호가 발생된다. 그리고, 유체유동은 그 기준값에 대한 출력신호의 복귀에 의하여 지시되는 바와 같이 실질적으로 편향을 제거하도록 편향에 반대되는 방향으로 다이아프램에 대하여 제어가능하게 안내된다. 신호가 그 기준값으로 회복될 때에 편향은 제거된 것으로 간주된다. 제1회전각도 위치에서 다이아프램에 대한 유체유동의 압력크기가 상기 등식으로부터 결정될 수 있다.According to another aspect of the present invention there is provided a method of calibrating an external pressure measuring device in a pressure range between about 0-10 milliTorr. Using the above-mentioned pressure measuring device, the diaphragm is first placed in the reference plane, preferably in the vertical plane. A reference output signal indicating the deflection amount of the diaphragm in the reference direction by gravitational acceleration can be obtained. Then, the diaphragm is rotated about the axis perpendicular to the direction of the gravity acceleration acting on the diaphragm in the first rotation angle direction with respect to the reference plane so that the gravity induced deflection of the diaphragm coincides with the diaphragm in the new rotation angle direction Lt; RTI ID = 0.0 > angle < / RTI > A new deflection of the diaphragm due to gravity at the first angle is detected and an output signal indicative of this deflection is generated. The fluid flow is then controllably guided relative to the diaphragm in a direction opposite to the deflection to substantially eliminate the deflection as indicated by the return of the output signal to its reference value. When the signal is restored to its reference value, the deflection is deemed to have been removed. The pressure magnitude of the fluid flow with respect to the diaphragm at the first rotational angular position can be determined from the above equation.
그리고, 다이아프램은 기준평면에 대하여 제2각도로 회전되므로서 제2회전각도 위치에서 다이아프램의 일치하는 중력유도 편향이 이루어진다. 편향을 제거토록 다이아프램에 대하여 유체유동을 안내하는 단계와, 이와같이 요구된 유체압력의 크리를 결정하는 단계가 반복된다. 본 발명의 방법은 기준평면에 대하여 적어도 90°를 통한 각도증분으로 다이아프램의 여러 회전각도 위치에서 수행된다.Then, the diaphragm is rotated at the second angle with respect to the reference plane, so that the gravity-induced deflection of the diaphragm at the second rotation angle position is achieved. The steps of guiding the fluid flow to the diaphragm to eliminate deflection and thus determining the required fluid pressure creep are repeated. The method of the present invention is performed at several rotational angular positions of the diaphragm in angular increments of at least 90 relative to the reference plane.
우선 실시형태에서, 기준평면은 국부적인 중력가속도의 방향과 평행한 수직 평면이다. 이 실시형태에 있어서, 기준신호 So는 중력에 의한 편향이 없는 다이아프램의 위치에 해당한다. 다이아프램의 편향량은 중력의 방향에 대한 다이아프램의 각도에 따라 변화한다. 다른 실시형태에서, 기준평면은 중력가속도의 방향에 수직인 수평평면이다. 이 후자의 실시형태에서는 기준신호 So가 최대편향이 이루어지는 다이아프램 위치에 일치한다.In a preferred embodiment, the reference plane is a vertical plane parallel to the direction of the local gravitational acceleration. In this embodiment, the reference signal S o corresponds to the position of the diaphragm without deflection due to gravity. The amount of deflection of the diaphragm varies with the angle of the diaphragm relative to the direction of gravity. In another embodiment, the reference plane is a horizontal plane perpendicular to the direction of gravitational acceleration. In this latter embodiment, the reference signal S o coincides with the diaphragm position at which the maximum deflection occurs.
선택된 기준평면에 관계없이, 이러한 기준평면에서 다이아프램 위치에 일치하는 기준신호 So는 "제로" 판독값으로 지정된다. 다이아프램의 다른 회전각도 위치에 일치하는 다른 신호는 이러한 "제로"값으로부터 용이하게 식별되어 다이아프램의 상이한 편향량을 나타낼 수 있고 이로써 이 다이아프램에 작용하는 중력가속도의 가변비율을 나타낼 수 있다. 이들 상이한 신호를 "제로"값 신호 So로 복귀시키는 것은 다이아프램을 그 편향량이 "제로"인 위치, 즉 기준평면의 방향으로 복귀시킴을 나타낸다.Regardless of the selected reference plane, the reference signal S o corresponding to the diaphragm position in this reference plane is designated as the " zero " reading. Other signals corresponding to different rotational angular positions of the diaphragm can be readily identified from this " zero " value to indicate different amounts of deflection of the diaphragm, thereby indicating a variable rate of gravitational acceleration acting on the diaphragm. Returning these different signals to the " zero " value signal S o indicates returning the diaphragm to a position where the deflection amount is " zero ", i.e., in the direction of the reference plane.
교정은 다이아프램이 그 초기 기준방향으로 회전될 때에 요구되는 경우 시스템의 압력 PX을 유지하므로서 광범위한 압력범위에서 이루어질 수 있다. 이와같이 하므로서 시스템 압력 PX는 기준압력 PO가 된다. 다이아프램의 기준배향에서 얻는 출력신호는 비록 절대압력이 PO가 아니고 PX라 하여도 "제로" 압력값에 일치하는 기본 기준신호이다. 이러한 부가적인 "부트 스트랩핑(boot-strapping)" 단계, 즉 다이아프램의 어떠한 압력이 기준압력으로서 정하여지고 이로부터 교정이 이루어질 수 있는 압력의 범위를 증가시켜 부가적인 교정측정이 이루어지도록 하는 단계는 보다 큰 압력범위에서 교정이 이루어질 수 있도록 한다. 더욱이, 교정압력의 범위는 주어진 다이아프램 표면적 밀도 σ와 중력가속도의 방향에 대한 주어진 다이아프램 경사각도 θ로부터 결정될 수 있는 중력유도압력으로 제한될 필요가 없다.Calibration can be accomplished over a wide range of pressures by maintaining the pressure P X of the system as required when the diaphragm is rotated in its initial reference direction. In this way, the system pressure P X becomes the reference pressure P O. The output signal obtained from the reference orientation of the diaphragm is the basic reference signal that corresponds to the "zero" pressure value even though the absolute pressure is not P 0 but P X. This additional step of " boot-strapping ", i.e., the step of increasing the range of pressures from which the pressure of the diaphragm is defined as the reference pressure and from which the calibration can be made, So that calibration can be made in a larger pressure range. Moreover, the range of calibration pressures need not be limited to the gravity induced pressure, which can be determined from a given diaphragm surface area density? And given diaphragm tilt angle? With respect to the direction of gravitational acceleration.
본 발명의 이들 목적과 다른 목적 및 잇점들이 이후 부분적으로 명백하게 될 것이다. 본 발명은 다음 설명으로 예시되고 그 범위가 청구범위에서 한정되는 부분과 요소들의 구성, 조합 및 배열을 갖는 장치로 구성된다.These and other objects and advantages of the present invention will become partially apparent hereinafter. The invention is illustrated by the following description, and is made up of an apparatus having a configuration, combination and arrangement of elements and elements whose scope is defined in the claims.
본 발명의 압력측정 및 교정장치는 중력에 의한 압력변화에 응답하는 다이아프램을 포함하는 압력감지기조립체를 이용한다. 다이아프램은 국부적인 중력가속도의 방향에 대하여 상이한 각도로 경사질 때에 상이한 중력유도편향, 즉 중력에 의하여 유발되는 중력유도편향이 이루어지므로 중력에 의하여 발생되는 압력을 측정하거나 매우 낮은 압력에서 압력측정장치를 교정하는데 이용될 수 있다. 편향방향의 반대방향으로 다이아프램에 대하여 기체와 같은 유체의 제어된 유동은 중력에 의한 편향을 제거하는데 이용될 수 있다. 이러한 유체압력의 크기는 우수한 정밀성, 재현가능성 및 추적가능성을 가지고 계산될 수 있다.The pressure measuring and calibrating device of the present invention utilizes a pressure sensor assembly that includes a diaphragm responsive to a change in pressure due to gravity. When the diaphragm is tilted at a different angle relative to the direction of the local gravitational acceleration, a different gravity induced deflection, i.e. gravity induced deflection caused by gravity is produced, so that the pressure generated by gravity is measured, / RTI > A controlled flow of fluid, such as gas, to the diaphragm in the opposite direction of the deflection direction can be used to eliminate deflection due to gravity. The magnitude of this fluid pressure can be calculated with good precision, reproducibility and traceability.
도1은 본 발명 장치의 개략적인 구성을 보인 것이다. 이 장치(10)는 편향가능한 다이아프램(14)과 다이아프램(14)의 편향을 검출하고 그 편향량을 나타내는 출력신호를 발생하기 위한 하나 이상의 검출요소(15)를 포함하는 압력감지조립체(12)로 구성된다. 더우기, 이 장치는 중력가속도의 방향에 수직인(그리고 도1의 평면에 수직인) 기준축선(부호17로 보임)을 중심으로 하여 압력감지조립체(12)를 제어가능하게 회전시키기 위한 회전장치(16)를 포함한다. 다이아프램(14)는 분배매니폴드(20)와 밸브(21)를 통하여 외부시험장치(DUT)(18)에 결합되며 이들 분배매니폴드와 밸브는 DUT(18)가 다이아프램(14)과 동일한 압력하에 놓이도록 한다. 컴퓨터(28)나 기타 운영시스템을 통하여 운영되거나 자체 프로그래밍 명령어에 의하여 운영되는 제어회로(26)가 다이아프램(14)에 대한 유체소오스(22)로부터의 유체유동과 DUT(18)측으로의 유체유동을 제어한다. 기계적인 유체펌프(30)(32)는 다이아프램(14)에 대한 유체소오스(22)로부터의 유체압력의 제어를 위한 낮은 동압 (진공)환경을 제공한다. 밸브(25)(27)는 DUT, 펌프 또는 다이아프램을 독립적으로 변경시키기 위하여 DUT(18), 다이아프램(14) 및 펌프(30)(32)의 격리를 허용한다. 이온게이지(34)가 압력이 장치의 작동 초기에 효과적으로 제로(10-6토르 이하)가 되도록 압력감지조립체(12)와 유체소오스(22) 사이에 결합된다. 피드백 루우프 A는 압력감지조립체(12)를 제어회로(26)에 연결하며, 신호라인 B는 DUT(18)를 제어회로(26)에 연결한다.Fig. 1 shows a schematic configuration of an apparatus according to the present invention. The apparatus 10 includes a deflectable diaphragm 14 and a pressure sensing assembly 12 that includes one or more sensing elements 15 for sensing the deflection of the diaphragm 14 and generating an output signal indicative of the amount of deflection. ). Furthermore, the apparatus includes a rotating device (not shown) for controllably rotating the pressure sensing assembly 12 about a reference axis (shown at 17) perpendicular to the direction of gravitational acceleration 16). The diaphragm 14 is coupled to an external test apparatus (DUT) 18 via a distribution manifold 20 and a valve 21 which are arranged such that the DUT 18 is identical to the diaphragm 14 Place it under pressure. Control circuitry 26, which is operated through a computer 28 or other operating system or that is operated by its own programming instructions, controls fluid flow from the fluid source 22 to the diaphragm 14 and fluid flow to the DUT 18 side . The mechanical fluid pumps 30 and 32 provide a low dynamic pressure (vacuum) environment for controlling the fluid pressure from the fluid source 22 to the diaphragm 14. Valves 25 and 27 allow isolation of DUT 18, diaphragm 14 and pumps 30 and 32 to independently vary the DUT, pump or diaphragm. The ion gauge 34 is coupled between the pressure sensing assembly 12 and the fluid source 22 such that the pressure is effectively zero (10 -6 Torr or less) at the beginning of operation of the device. The feedback loop A connects the pressure sensing assembly 12 to the control circuit 26 and the signal line B connects the DUT 18 to the control circuit 26.
본 발명의 한 관점에서, 다이아프램(14)과 검출요소(15)는 도2와 도2b에서 보인 바와 같이, 용량형 마노메타는 본 발명의 장치에서 기본 측정장치로서는 사용되지 않아 그 정확도는 본 발명의 장치에 의하여 얻는 측정값의 정확도에 영향을 주지 아니한다. 그러나 제로값에서 고도의 안정신호를 제공하고 높은 신호대 잡음비를 갖는 경우 용량형 마노메타는 최상의 결과를 가져 올 것이다.In one aspect of the present invention, the diaphragm 14 and the sensing element 15 are not used as basic measuring devices in the apparatus of the present invention, as shown in Figs. 2 and 2B, It does not affect the accuracy of the measurements obtained by the apparatus of the invention. However, capacitive manometrics will yield the best results if they provide a high stability signal at zero value and a high signal-to-noise ratio.
용량형 마노메타에서, 도2a와 도2b에서 보인 바와 같이, 금속포일(38)로 구성될 수 있는 다이아프램(14)은 하우징(36)을 가로질러 긴장되게 연장된다. 포일(38)은 이 포일의 양측에 가하여지는 압력의 차이에 대하여 고도로 민감하다. 포일(38)의 일측부에는 그 전면에 걸쳐 균일하게 포일(38)에 접촉하는 매체를 분배하는데 보조하는 배플(40)이 배치되어 있다. 포일(38)의 타측부에는 하나 이상의 독립된 전극(42a)(42b)으로 구성되는 전극조립체(42)가 배치되어 있다. 포일(38)은 가변 캐패시터의 가동판을 형성하고 전극(42a)(42b)는 고정판을 형성한다. 포일(38)은 이에 접촉하는 매체의 조성에 관계없이 도2a와 도2b에서 점선으로 보인 바와 같이 압력(단위면적에 대한 힘)의 변화에 따라 위치(38a)로 편향된다. 이러한 편향으로 포일(38)과 이에 인접한 전극조립체(42) 사이에 용량변화가 일어나도록 하고 편향의 크기에 비례하는 신호가 발생된다.In the capacitive manometer, the diaphragm 14, which may consist of a metal foil 38, as shown in Figs. 2A and 2B, stretches across the housing 36 in a taut manner. The foil 38 is highly sensitive to differences in pressure applied to both sides of the foil. At one side of the foil 38 there is disposed a baffle 40 that aids in uniformly distributing the media in contact with the foil 38 over its entirety. On the other side of the foil 38 is disposed an electrode assembly 42 consisting of one or more independent electrodes 42a, 42b. The foil 38 forms a movable plate of the variable capacitor and the electrodes 42a and 42b form a fixed plate. The foil 38 is deflected to the position 38a in accordance with the change of the pressure (force with respect to the unit area) as shown by the dotted line in Figs. 2A and 2B regardless of the composition of the medium in contact therewith. This deflection causes a capacitance change between the foil 38 and the adjacent electrode assembly 42 and produces a signal proportional to the magnitude of the deflection.
도2a에서 보인 다이아프램은 전형적으로 차동압력측정을 위하여 사용된다. 포일(38)의 변부는 밀폐밀봉되어 포일(38)의 양측부가 상이한 압력에서 상이한 유체에 노출될 수 있다. 통상 이들 유체중의 하나가 기준압력이 된다. 도2b에서 보인 다이아프램은 전형적으로 절대압력측정을 위하여 사용된다. 포일(38)의 일측부만이 압력이 측정될 유체에 노출된다. 포일(38)의 타측부는 화학적인 게터(chemical getter)로 유지되는 진공이 형성되게 밀봉된다. 유체의 압력은 전극(42a)(42b)에 대한 다이아프램의 편향에 의한 용량신호로부터 직접 측정될 수 있다.The diaphragm shown in Figure 2a is typically used for differential pressure measurement. The sides of the foil 38 may be hermetically sealed so that both sides of the foil 38 may be exposed to different fluids at different pressures. Usually one of these fluids becomes the reference pressure. The diaphragm shown in Figure 2b is typically used for absolute pressure measurements. Only one side of the foil 38 is exposed to the fluid whose pressure is to be measured. The other side of the foil 38 is sealed to form a vacuum that is maintained by a chemical getter. The pressure of the fluid can be measured directly from the capacitance signal due to the deflection of the diaphragm relative to the electrodes 42a, 42b.
도2c에서 보인 바와 같이, 압력측정의 범위는 다이아프램포일(38)을 솔리드 피스턴(44)과 유연성 스프링 또는 벨로우즈로서 작용하는 탄성박막(46)으로 대체하므로서 더욱 증가될 수 있다. 피스턴(44)은 피스턴면(44a)에 작용하는 중력에 응답하여 화살표(48)의 방향으로 자유롭게 이동된다. 탄성박막(46)은 표면적 효과를 무시할 수 있으나 피스턴(44)의 피스턴면(44a)의 표면적은 이를 대체한 다이아프램의 표면적과 거의 같은 것이 좋다. 피스턴(44)의 표면적밀도 σ는 그 질량과 표면적으로부터 계산될 수 있으며 이들 모두는 알려진 기본압력표준으로부터 추적가능성을 갖고 매우 정확하게 측정될 수 있다. 도3은 수평기준평면 x와 수직기준평면 y에 대한 다이아프램의 각도방위의 변화에 응답하는 다이아프램(14)(예를들어 포일 38 또는 피스턴 44)의 중력유도편향이 효과를 보인 것이다. 다이아프램 위치는 감지기에 중복되어 여러 각도에 대하여 포일과 전극의 상대위치를 나타낸다. 중력가속도 g에 의한 국부적인 가속도의 벡타는 하측으로 향하는 화살표 g로 보이고 있다. 위치 A에서, 다이아프램은 중력벡타 g에 평행하여 수직이며 중력유도편향이 일어나지 아니한다. 위치 D에서, 다이아프램은 수평이며 전극(15)으로부터 멀어지는 중력에 의한 최대 부편향이 관측된다. 위치 G에서, 다이아프램은 수평이며 전극(15)으로 향하는 중력에 의한 최대 정편향이 관측된다. 위치 B, C, E 및 F에서, 다이아프램은 수평 및 수직평면 x와 y에 대하여 여라 각도로 경사져 중력에 의한 여러 편향각도를 보이고 있다. 각 각도 θi에서 다이아프램의 편향은 검출전극에 의하여 검출되고 이에 일치하는 신호 Si로서 전송된다.2c, the range of pressure measurement can be further increased by replacing the diaphragm foil 38 with a solid piston 44 and an elastic thin film 46 acting as a flexible spring or bellows. The piston 44 is free to move in the direction of arrow 48 in response to gravity acting on the piston surface 44a. The surface area effect of the elastic thin film 46 can be neglected, but the surface area of the piston surface 44a of the piston 44 is preferably approximately equal to the surface area of the diaphragm. The surface area density? Of the piston 44 can be calculated from its mass and surface area, all of which can be tracked very accurately from the known basic pressure standards with traceability. Figure 3 shows the effect of gravity induced deflection of the diaphragm 14 (e.g., foil 38 or piston 44) in response to changes in the angular orientation of the diaphragm relative to the horizontal reference plane x and the vertical reference plane y. The diaphragm position overlaps the sensor and represents the relative position of the foil and the electrode for various angles. The vector of the local acceleration due to the gravitational acceleration g is shown by the arrow g directed downward. In position A, the diaphragm is vertical parallel to the gravity vector g and no gravitational induced deflection occurs. At position D, the diaphragm is horizontal and the maximum negative deflection due to gravity away from the electrode 15 is observed. At position G, the diaphragm is horizontal and the maximum positive deflection due to gravity towards the electrode 15 is observed. At positions B, C, E, and F, the diaphragm tilts at an oblique angle with respect to the horizontal and vertical planes x and y and exhibits various deflection angles due to gravity. At each angle [theta] i , deflection of the diaphragm is detected by the detection electrode and transmitted as a corresponding signal S i .
우선 실시형태에서, 다이아프램의 비편향 상태(도3의 위치 A)에 일치하는 용량신호는 기준신호 SO를 설정하기 위하여 제로값으로 임의 지정된다. 우선 실시형태에서, 중력에 의한 다이아프램의 최대편향의 위치(도3에서 위치 D 또는 G)에 일치하는 용량신호가 제로기준신호로 임의 지정된다.In the first embodiment, the capacitance signal which corresponds to the non-deflected state of the diaphragm (position A in Fig. 3) is designated as any zero value to set the reference signal S O. In the first embodiment, a capacitance signal matching the position of the maximum deflection of the diaphragm due to gravity (position D or G in Fig. 3) is arbitrarily designated as a zero reference signal.
상이한 다이아프램 위치는 용량신호가 제로값으로부터 용이하게 구별될 수 있는 상이한 편향을 보인다. 편향방향의 반대방향으로 편향된 다이아프램에 대한 제어유체유동은 그 지정된 기준값에 대한 용량신호의 복귀로 보인 바와 같이 그 비편향 상태로 다이아프램을 복귀시킨다. 다이아프램의 각 각도위치에 대하여 이를 수행하는데 요구된 유체의 압력 PX은 상기 등식으로부터 결정될 수 있다.The different diaphragm positions show different deviations from which the capacitance signal can be easily distinguished from the zero value. The control fluid flow for the diaphragm deflected in the opposite direction of the deflection direction returns the diaphragm to its un-deflected state as shown by the return of the capacitive signal to its specified reference value. For each angular position of the diaphragm, the fluid pressure P X required to accomplish this can be determined from the above equation.
측정될 압력은 중력가속도의 방향에 대한 다이아프램 각도의 싸인(sin) 값으로 변화한다. 전형적으로 교정을 위하여 적어도 10개의 다이아프램의 상이한 각도 위치가 사용된다.The pressure to be measured varies with the sine of the diaphragm angle relative to the direction of the gravitational acceleration. Typically, different angular positions of at least 10 diaphragms are used for calibration.
본 발명 장치를 이용하여 측정될 수 있는 압력의 범위는 적어도 부분적으로 적당한 다이아프램 재질의 선택에 의하여 결정될 수 있다. 두껍거나 또는 무거운 포일은 보다 큰 표면적 밀도 σ를 가지므로서 보다 큰 압력을 측정할 수 있도록 한다. 이와 같이 본 발명의 다양성은 특정범위의 압력측정을 위하여 상이한 다이아프램 재질을 선택하므로서 향상될 수 있다.The range of pressures that may be measured using the apparatus of the present invention may be determined, at least in part, by selection of a suitable diaphragm material. A thicker or heavier foil has a greater surface area density, σ, allowing greater pressure to be measured. Thus, the diversity of the present invention can be improved by selecting different diaphragm materials for a specific range of pressure measurements.
도4는 도1에서 보인 장치를 이용하여 DUT(18)를 교정하기 위한 작동순서를 나타내는 흐름도이다. 교정의 초기에 진공펌프(30)(32)가 턴-온 되고 밸브(21)(25)가 개방되어 시스템 내에 저압(고진동)환경이 형성된다. 그리고 유체소오스(22)로 부터 비례제어밸브(24)가 폐쇄된다. 예를들어 스텝퍼 모터(도시하지 않았음)에 의하여 구동되는 회전테이블(48)에 고정된 압력감지조립체(12)가 제1기준방향각도 θO로 회전되며, 여기에서 중력가속도의 방향에 대한 다이아프램의 각도는 0도이고 중력에 의한 다이아프램의 편향은 일어나지 아니한다. 이러한 다이아프램의 각도에서 기준신호 SO가 기록된다. 제로신호값 SO는 기준값이 되며 이에 대하여 다른 각도에서 다른 편향량을 나타내는 다른 신호가 비교될 수 있다.FIG. 4 is a flowchart showing an operation procedure for calibrating the DUT 18 using the apparatus shown in FIG. At the beginning of the calibration, the vacuum pumps 30 and 32 are turned on and the valves 21 and 25 are opened to form a low pressure (high vibration) environment in the system. And the proportional control valve 24 from the fluid source 22 is closed. For example, a pressure sensing assembly 12 fixed to a rotary table 48 driven by a stepper motor (not shown) is rotated at a first reference direction angle [theta] 0 , The angle of the frame is 0 degrees and the diaphragm deflection by gravity does not occur. The reference signal S O is recorded at the angle of the diaphragm. The zero signal value S O becomes a reference value and other signals representing different amounts of deflection at different angles can be compared.
그리고 압력감지조립체(12)가 회전테이블(48)을 통하여 중력가속도의 방향에 대해 제1각도 θ1으로 회전된다. 제1각도 θ1에서 중력에 의한 다이아프램(14)의 편향은 이에 일치하는 용량신호 S1을 발생하며, 이 신호는 기록된다. 그리고 제어회로(26)가 용량신호 S1을 제로기준값 SO으로 복귀시키도록 다이아프램의 편향방향과 반대방향으로 다이아프램에 대하여 유체소오스(22)로부터 질소가스와 같은 밸브(24)를 통한 제어된 유체유동을 초기화하도록 작동된다. S1=SO일 때에 다이아프램에 작용하는 유체압력 PX는 다이아프램에 작용하는 중력압력을 정밀하게 상쇄하고 P1으로서 지정된다. 압력 P1은 안정화되도록 허용하고 이 때에 DUT(18)는 압력 P1으로 교정될 수 있다. 이 압력 P1은 σ, g 및 θ로부터 계산될 수 있으며 이들은 각각 알려진 기본표준에 대하여 고도의 정확성과 추적가능성을 가지고 측정될 수 있다.And the pressure sensing assembly 12 is rotated through the rotary table 48 at a first angle &thetas; 1 with respect to the direction of gravitational acceleration. A first deflection of the diaphragm 14 due to gravity at the angle θ 1 is the signal S 1, and generates a capacity to match this, the signal is recorded. Then, the control circuit 26 controls the valve 24 such as nitrogen gas from the fluid source 22 against the diaphragm in a direction opposite to the deflection direction of the diaphragm so as to return the capacitance signal S 1 to the zero reference value S 0 Lt; / RTI > fluid flow. The fluid pressure P X acting on the diaphragm when S 1 = S 0 precisely compensates for the gravity pressure acting on the diaphragm and is designated as P 1 . The pressure P 1 is allowed to stabilize, and the DUT 18 can be calibrated to the pressure P 1 . This pressure P 1 can be calculated from σ, g and θ, which can each be measured with a high degree of accuracy and traceability for known basic standards.
그리고 압력감지조립체(12)는 중력가속도의 방향에 대하여 제2각도 θ2로 배치된다. 이러한 과정은 중력가속도의 방향에 대하여 다이아프램의 요구된 여러 각도 방향에 대해 반복된다. 도4에서 등식 i=i+1 until i=n은 여러 각도 θi에서 요구된 수 n의 측정값 Pi에 대하여 내부 루우프로 수행된 단계 4-7의 반복을 나타내다.And the pressure-sensing assembly 12 is disposed to the second angle θ 2 with respect to the direction of gravitational acceleration. This process is repeated for the required angular orientation of the diaphragm with respect to the direction of gravitational acceleration. The equation i = i + 1 until i = n in FIG. 4 represents the repetition of steps 4-7 performed with the inner loop for the required number n of measured values P i at various angles θ i .
또한 본 발명의 장치를 이용하여 측정될 수 있는 압력의 범위는 소위 기준압력 PO을 보다 높은 값으로 리셋트 하는 상기 언급된 "부트 스트랩핑" 기술에 의하여 증가될 수 있다. 이 기술은 도4에서 보인 바와 같이 유체소오스(22)로부터의 압력 Pn을 일정하게 유지하는 가운데 다이아프램(14)을 어느 각도 θn에서 그 위치로부터 그 초기 기준각도 θo로 재배향 시키므로서 수행된다. 이 때에 압력 Pn은 0°의 다이아프램 각도에서 이 시스템의 기준압력이 된다. 다이아프램을 제1각도 θj의 방향으로 향하므로서 다이아프램은 그 비율만큼 편향되며 Pn보다 큰 압력 Pj가 상기 언급된 바와 같이 측정될 수 있다. 도4에서 등식 j=j+1 until j=m은 기준압력 Po의 요구된 리셋트 수 m에 대하여 외부 루우프로서 달성되는 단계 3-8의 반복을 나타낸다. 이러한 "부트 스트랩핑" 기술은 그 정확도를 저해함이 없이 장치의 측정범위를 증가시키며 장치의 다양성을 더욱 향상시킨다.The range of pressures that can be measured using the apparatus of the present invention can also be increased by the above-mentioned " bootstrapping " technique which resets the so-called reference pressure P O to a higher value. This technique allows the diaphragm 14 to be redirected from its position to its initial reference angle &thetas; o at any angle &thetas; n while maintaining the pressure P n from the fluid source 22 constant, . At this time, the pressure P n becomes the reference pressure of this system at a diaphragm angle of 0 °. Hameuroseo diaphragm toward the diaphragm in the direction of the first angle θ j is the deflection by the rate and may be a greater pressure than the P j P n, measured as described above. In FIG. 4, the equation j = j + 1 until j = m represents the repetition of steps 3-8, which is achieved as an outer loop for the required number of reset m of reference pressure P o . This " bootstrapping " technique increases the measurement range of the device without further compromising its accuracy and further improves the versatility of the device.
용량형 마노메타에서 다이아프램으로서 사용된 것과 같은 포일 또는 질량과 표면적이 알려진 피스턴의 표면적 밀도 σ는 0.01%내에서 신뢰가능하게 측정될 수 있다. 중력가속도 g에 의한 중력성분의 측정의 불확실성은 무시될 수 있다. 각도 θ의 불확실성은 1밀리토르에 해당하는 각도에서 0.05% 이내로, 그리고 10밀리토르에 해당하는 각도에서는 0.01% 이내로 측정될 수 있다. 온도에 의한 불확실성은 압력감지조립체(12)를 실온에서 큰 열질량을 갖는 취부구성에 배치하고 모든 제어전자회로(26)(28)를 압력감지조립체로부터 원격한 위치에 배치하므로서 최소화될 수 있다. 본 발명의 장치와 방법으로 얻을 수 있는 압력측정의 전체 불확실성은 1밀리토르에서 0.1% 이하이고 10밀리토르에서 0.05 이하가 된다.The surface area density σ of a piston known as a foil or mass and surface area as used in a diaphragm in a capacitive manometry can be reliably measured within 0.01%. The uncertainty of the measurement of the gravity component by the gravitational acceleration g can be ignored. The uncertainty of the angle &thetas; can be measured within 0.05% at an angle corresponding to 1 milliTorr and within 0.01% at an angle corresponding to 10 milliTorr. The uncertainty due to temperature can be minimized by placing the pressure sensing assembly 12 in a mounting configuration with a large thermal mass at room temperature and placing all of the control electronics 26 (28) at a location remote from the pressure sensing assembly. The total uncertainty of the pressure measurements obtainable with the apparatus and method of the present invention is less than 0.1% at 1 milliTorr and less than 0.05 at 10 milliTorr.
이상 설명된 본 발명의 장치는 불확실성이 약 0.1% 이하고 약 0-1000 밀리토르 범위의 기체압력의 교정과 측정을 위한 기본압력표준을 제공한다. 압력장치와 교정장치는 약 0-1000 밀리토르 범위의 기체압력을 측정하고 다른 압력측정기를 교정하기 위한 알려진 압력을 발생하는데 사용될 수 있다. 기체압력측정장치는 차동압력과 절대압력 모두를 측정할 수 있으며 기체의 오염을 최소화할 수 있도록 기체를 노출시키지 아니하고 비교적 자동화가 단순하도록 구성된다. 이와 같이 본 발명 장치는 약 0-1000 범위의 기체압력을 측정하고 교정하는 간단한 방법을 제공한다.The apparatus of the present invention described above provides a basic pressure standard for calibration and measurement of gas pressures with an uncertainty of less than about 0.1% and in the range of about 0-1000 milliTorr. Pressure devices and calibrators can be used to measure gas pressures in the range of about 0-1000 milliTorr and to generate known pressures to calibrate other pressure gauges. The gas pressure measuring device is capable of measuring both differential pressure and absolute pressure, and is relatively simple to automate without exposing the gas to minimize gas contamination. Thus, the present invention provides a simple method of measuring and calibrating gas pressure in the range of about 0-1000.
이상의 본 발명 장치는 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 약간의 변경이 가능하며 상기 설명과 도면에 포함된 모든 내용은 예시적인 것으로 본 발명을 제한하는 것은 아니다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, the invention is not limited thereto.
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